馮占營

[摘要]伴隨著科學(xué)的不斷進步與發(fā)展，機電一體化系統(tǒng)已不斷深入并得以廣泛應(yīng)用，但是隨著系統(tǒng)控制的環(huán)境、對象等外部因素的復(fù)雜化，智能控制在機電一體化的應(yīng)用中越來越廣泛，并在機電一體化系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。智能控制則是在這種背景下研究出來的一種新技術(shù)，其能夠顯著改善一體化控制中的許多缺陷，保證了整個一體化控制系統(tǒng)的順利運行。文章詳細闡述了智能控制的相關(guān)問題，并重點研究了智能控制對數(shù)控技術(shù)的影響

[關(guān)鍵詞]機電一體化；系統(tǒng)；智能控制

[中圖分類號]TP18 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0021-01

我國的機電一體化技術(shù)越來越成熟，在工業(yè)與農(nóng)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但在實際的生活中，很多機電一體化應(yīng)用中的農(nóng)業(yè)與工業(yè)對象具有多層次、不確定性、非線性等特征，給機電一體化的發(fā)展帶來了很大的難題。智能控制系統(tǒng)的出現(xiàn)及應(yīng)用，為機電一體化的長遠發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。本文將從智能系統(tǒng)與機電一體化的角度出發(fā)，著眼兩者的融合應(yīng)用，研究機電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用。

一、關(guān)于機電一體化的概述

1.1 機電一體化的含義

所謂機電一體化，又稱機械電子學(xué)，是指將電工電子技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、機械技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號變換技術(shù)等多支技術(shù)進行有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際生產(chǎn)生活中去的一項綜合性的技術(shù)。

1.2 機電一體化的基本內(nèi)容與組成要素及原則

機電一體化的基本內(nèi)容包括以下幾個方面：一是機械技術(shù)，二是計算機與信息技術(shù)，三是系統(tǒng)技術(shù)，四是自動控制技術(shù)，五是傳感檢測技術(shù)，六是伺服傳動技術(shù)。機電一體化的組成要素包括：一是結(jié)構(gòu)組成要素；二是運動組成要素；三是感知組成要素；四是職能組成要素。機電一體化的四大原則包括：一是結(jié)構(gòu)耦合；二是運動傳遞；三是信息控制；四是能量轉(zhuǎn)換。

二、關(guān)于智能控制

2.1 智能控制的含義

所謂智能控制，就是指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術(shù)，是用計算機模擬人類智能的一個重要領(lǐng)域，主要面向比傳統(tǒng)控制更為復(fù)雜、多樣的控制任務(wù)和控制目的，為當(dāng)今社會的發(fā)展帶來了更為廣泛的適應(yīng)空間，解決了傳統(tǒng)控制無法實現(xiàn)的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。傳統(tǒng)的控制只是智能控制中的一個組成部分，是智能控制最底層的階段。智能控制是由多個學(xué)科相互交叉所形成的學(xué)科，它的理論基礎(chǔ)包括信息論、自動控制論、運籌學(xué)及人工智能等內(nèi)容。

2.2 智能控制的特征

智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高層控制，即組織級；二是智能控制器具有非線性特性；三是智能控制具有變結(jié)構(gòu)特點；四是智能控制器具有總體自尋優(yōu)特性；五是智能控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足多樣性目標的高性能要求；六是智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科；七是智能控制是一個新興的研究領(lǐng)域。

2.3 智能控制的類型

一是集成或者混合（復(fù)合）控制；二是分級遞階控制系統(tǒng)；三是專家控制系統(tǒng)（Expert System）；四是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；五是學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)；六是進化計算與遺傳算法；七是組合智能控制方法等。

2.4 智能控制發(fā)展的趨勢

智能控制系統(tǒng)具有極強的學(xué)習(xí)功能、組織功能及適應(yīng)性功能，其在機電一體化方面的廣泛應(yīng)用是當(dāng)前智能控制的一大發(fā)展趨勢。遺傳算法、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用在機電一體化系統(tǒng)中的最常見的四種技術(shù)，它們之間存在著相互依存、相輔相成的關(guān)系。近年來，智能控制技術(shù)在國內(nèi)外已有了較大的發(fā)展，己進入工程化，實用化的階段。但作為一門新興的理論技術(shù)，它還處在一個發(fā)展時期。然而，隨著人工智能技術(shù)，計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制必將迎來它的發(fā)展新時期。

三、智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

從20世紀90年代后期，機電一體化技術(shù)向智能控制發(fā)展，開辟了機電一體化技術(shù)發(fā)展的新篇章。機電一體化的未來發(fā)展必將是以智能化作為主要方向，智能控制的優(yōu)劣直接決定機電一體化系統(tǒng)的整體水平。

3.1 智能控制在機械制造過程中的應(yīng)用

機械制造是機電一體化系統(tǒng)中的重要組成部分，當(dāng)前最先進的機械制造技術(shù)就是將智能

控制技術(shù)與計算機輔助技術(shù)有機結(jié)合，向智能機械制造技術(shù)的方向發(fā)展。其最終目標是利用先進的計算機技術(shù)取代一部分腦力勞動，從而模擬人類制造機械的活動。同時，智能控制技術(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計算的方法對機械制造的現(xiàn)狀進行動態(tài)地模擬，通過傳感器融合技術(shù)將采集的信息進行預(yù)處理，從而修改控制模式中的參數(shù)數(shù)據(jù)。智能控制在機械制造中的應(yīng)用領(lǐng)域包括：機械故障智能診斷、機械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控與檢測、智能傳感器及智能學(xué)習(xí)等。

3.2 智能控制在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的機電一體化技術(shù)的發(fā)展對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求，不僅需要完成很多的智能功能，還需要擴展、模擬、延伸等新的智能功能，從而使得數(shù)控技術(shù)可以實現(xiàn)智能編程、智能監(jiān)控、建立智能數(shù)據(jù)庫等目標，運用智能控制技術(shù)可以實現(xiàn)這些目標。比如說，利用專家系統(tǒng)可以數(shù)控領(lǐng)域中難以確定算法與結(jié)構(gòu)不明確的一些問題進行綜合處理，再運用推理規(guī)則將數(shù)控現(xiàn)場的一些數(shù)控故障信息進行推理，從而獲得維修數(shù)控機械的一些指導(dǎo)性建議。

3.3 智能控制在機器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

機器人所具有非線性、強耦合、時變性的特征主要體現(xiàn)在動力系統(tǒng)中，在控制參數(shù)的系統(tǒng)中機器人具有多任務(wù)及多邊變性的特征，這些特征適合智能控制技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前智能控制技術(shù)在機器人領(lǐng)域中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是機器人手臂姿態(tài)及動作的智能控制；二是機器人在多傳感器信息融合與視覺處理方面的智能控制；三是機器人在行走路徑與行走軌跡跟蹤方面的智能控制；四是通過專家控制系統(tǒng)對機器人的運動環(huán)境進行定位、監(jiān)測、建模及規(guī)劃控制等方面的探究。

3.4 智能控制在建筑工程中的應(yīng)用

智能控制在建筑工程中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是智能控制在建筑物照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，它主要通過通信與計算機控制的聯(lián)網(wǎng)，對每一個時段的照明系統(tǒng)進行控制，主要表現(xiàn)在對照明時間、照明系統(tǒng)的節(jié)能、照明邏輯方面的智能控制；二是對建筑物內(nèi)的空調(diào)進行智能控制，通過比例積分調(diào)節(jié)器閉環(huán)的方式對空調(diào)在夏季與冬季使用時的模式進行設(shè)置，可以智能地調(diào)節(jié)空調(diào)的風(fēng)閥，在確保建筑內(nèi)空氣質(zhì)量的同時，減少能量的浪費。

3.5 智能控制在機電一體化中的效果

機電一體化是推動工業(yè)現(xiàn)代化的重要技術(shù)?！爸悄芑弊鳛楫?dāng)代科技的趨勢所在，因此智能控制在機電一體化中的作用不可估量，智能控制應(yīng)用于機電一體化中有以下幾點作用：優(yōu)化效能：多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)運用的是模塊化設(shè)計的思路和方式，有著較為廣闊的功能涉及面，裁剪性也非常好。如果是群控系統(tǒng)，對于相同的群控系統(tǒng)完全可以借助各種操作流程，進而保證系統(tǒng)的調(diào)整能夠符合相關(guān)標準和要求；提高精度：精度對于數(shù)控機床而言是衡量機電一體化制造技術(shù)的重要指標，直接影響著產(chǎn)品加工成品率的高低。與舊的設(shè)備相比，智能數(shù)控系統(tǒng)融合了高速CPU芯片、多CPU控制系統(tǒng)、RISC芯片與交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，促使機床的精度得以大大的提高；程序控制：操作程序是系統(tǒng)運行的主要指令，根據(jù)加工產(chǎn)品的尺寸、精度來編制操作程序才能使產(chǎn)品加工后達到智能效果；改進加工：智能控制方式的運用可以縮短加工時間、優(yōu)化操作流程。實現(xiàn)了復(fù)合加工的效果，數(shù)控機床通過智能控制滿足了多軸、多控制加工的需要，可以有效地減少人工操作次數(shù)，加工程序得到了優(yōu)化和改進。

參考文獻

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